Tabung Aluminium Pematri Induksi dengan Pemanas Induksi Frekuensi Tinggi
Area aplikasi baru dari induksi pemanas memerlukan analisis distribusi suhu di dalam komponen yang dipanaskan dengan mempertimbangkan struktur yang sesuai dan sifat material. Metode elemen hingga (FEM) menyediakan alat yang ampuh untuk melakukan analisis dan pengoptimalan proses pemanasan induksi melalui analisis dan simulasi numerik elektromagnetik dan termal yang digabungkan.
Tujuan utama dari kontribusi ini adalah untuk menunjukkan kemungkinan penerapan teknologi mematri induksi yang tepat, canggih dan efisien untuk pembuatan kolektor surya berdasarkan simulasi numerik dan eksperimen yang dilakukan.
Deskripsi masalah
Pekerjaan ini berkaitan dengan desain komponen pengumpul tenaga surya yang sesuai untuk proses mematri, yaitu bagian-bagian pipa pengumpul (Gbr. 1a). Tabung dibuat dari paduan Al tipe AW 3000 dengan komposisi kimia yang diberikan pada Tabel 1. Untuk brazing, digunakan paduan tipe Al 104 (Tabel 2) bersama dengan fluks Braze Tec 32/80 yang residu bukan -korosif. Interval suhu antara suhu solidus dan liquidus untuk paduan mematri Al 104 berkisar dari 575 ° C hingga 585 ° C. Suhu bahan tabung solidus 650 ° C.
Tabel 1 Komposisi kimia dari paduan AW 3000 [wt. %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Al |
| 0.05-0.15 | 0.06-0.35 | max. 0.1 | 0.3-0.6 | 0.02-0.20 | 0.05-0.3 | max. 0.25 | menyeimbangkan |
Tabel 2 Komposisi kimia dari paduan mematri dari tipe Al 104 [wt. %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Al |
| 11-13 | 0.6 | max. 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.2 | max. 0.15 | menyeimbangkan |
Proses mematri mengandaikan penerapan pemanasan induksi. Sistem pemanasan induksi perlu dirancang sedemikian rupa sehingga suhu mematri harus dicapai di zona sambungan (logam brazing - paduan brazing) dalam waktu yang bersamaan. Dari sudut pandang ini, pemilihan yang tepat dari kumparan induksi, geometri dan parameter operasinya (terutama frekuensi dan sumber arus) sangat penting. Bentuk dan dimensi koil induksi tembaga berpendingin air yang dirancang ditunjukkan pada Gambar. 1b
Pengaruh parameter yang relevan dari pemanasan induksi pada distribusi suhu di bagian brazing dinilai dengan menggunakan simulasi numerik pemanasan induksi dengan menggunakan kode program ANSYS 10.0.
Model simulasi
Sesuai dengan metodologi penyelesaian masalah elektromagnetik dan termal yang digabungkan dengan FEM menggunakan perangkat lunak ANSYS 10.0 [3-5], model simulasi proses pemanasan induksi untuk mematri dikembangkan termasuk kondisi geometris, fisik, dan awal serta batas. Tujuan utama dari simulasi numerik adalah untuk menentukan parameter optimal dari pemanasan induksi (frekuensi dan arus sumber) untuk mencapai distribusi suhu yang dibutuhkan di zona pembentukan sambungan.
Model 3D yang disarankan (Gbr. 2) untuk analisis elektromagnetik terdiri dari model tabung, paduan mematri, kumparan induksi berpendingin air, dan udara di sekitarnya (tidak ditunjukkan pada Gbr. 2). Dalam analisis termal, hanya tabung dan paduan mematri yang dipertimbangkan. Detail mesh yang dihasilkan dari elemen 8-node linier di zona formasi sambungan diilustrasikan pada Gambar. 2b.
Gbr. 2 a) Model geometris untuk analisis elektromagnetik tanpa udara sekitar dan b) detail mesh 3D yang dihasilkan di zona formasi sambungan. Ketergantungan suhu dari sifat listrik dan termal dari paduan AW 3000 dan paduan mematri Al 104 diperoleh dengan menggunakan JMatPro perangkat lunak [6]. Berdasarkan fakta bahwa material yang diterapkan adalah non-magnetik, permeabilitas relatifnya µr = 1.
Suhu awal bahan brazing adalah 20 ° C. Kontak listrik dan termal yang sempurna pada permukaan batas material seharusnya. Frekuensi arus sumber dalam kumparan induksi seharusnya 350 kHz. Nilai arus sumber ditentukan dari interval dari 600 A sampai 700 A. Pendinginan tabung brazing dengan konveksi bebas dan radiasi ke udara dengan suhu 20 ° C diperhitungkan. Koefisien perpindahan panas gabungan yang bergantung pada suhu permukaan bagian brazing telah ditentukan. Pada Gbr. 3, distribusi suhu dalam komponen brazing setelah pencapaian suhu yang diperlukan di zona sambungan ditampilkan untuk nilai arus sumber yang dipilih di koil pemanas induksi. Waktu 36 detik menggunakan arus sumber 600 A sepertinya cukup lama. Pemanasan cepat yang menggunakan arus sumber 700 A tidak cukup untuk melelehkan paduan mematri Al 104. Oleh karena itu, arus sumber yang disarankan mendekati level 620 A hingga 640 A yang mengarah ke waktu mematri dari 25 hingga 27.5 detik ……
